Intelligente Produktion braucht intelligente Umgebungen

Hohe Transparenz und Flexibilität der Produktion sind zentrale Versprechen der Industrie 4.0. Voraussetzung dafür, dass diese auch eingelöst werden können, sind eine adäquate Produktionstechnologie und Infrastruktur. Diese müssen so gestaltet sein, dass schnelle Reaktionen auf externe Veränderungen und Marktanforderungen jederzeit möglich sind. Das betrifft insbesondere drei Themen: einen restriktionsfreien Fabrikraum, eine agile Infrastruktur sowie einen flexibel konfigurierbaren Bestand an Anlagen und Werkzeugen.

Für die Gestaltung des Fabrikraums gelten dabei die State-of-the-Art Prinzipien zukunftsfähiger Fabrikplanung. So sollten die Räume kompakt gestaltet werden, ohne vermeidbare Säulen, Traggerüste, oder Schwellen. Der Fokus sollte darauf liegen, möglichst viele Flächen nutzungsneutral zu gestalten und eine Umdisposition der Anlagen zu erleichtern.

Gleichzeitig muss auch die Infrastruktur der Smart Factory Spaces über Eigenschaften verfügen, die eine flexible und reaktionsfähige Layoutgestaltung erlauben. Besonders wichtig sind dabei eine durchgängige Konnektivität, hohe Bandbreite und maximal zuverlässige drahtlose Echtzeitkommunikation, die künftig vor allem mit der 5G-Technologie realisiert werden kann. So kann eine dezentrale Steuerungsarchitektur als Kombination aus Embedded-, Cloud- und Edge-Datenverarbeitung aufgebaut werden, die eine vollständige Lokalisierung und ein umfassendes Condition Monitoring aller relevanten Prozesse, Anlagen, Materialien und Werkzeuge erlaubt. Ein weiterer wesentlicher Faktor ist die engmaschige und dezentrale Versorgung mit Wasser, Druckluft, Strom, oder anderen relevanten Medien, die nach dem Plug & Play Prinzip organisiert werden kann.

Die Vorteile einer solchen Infrastruktur kommen allerdings erst zum Tragen, wenn die Modularität, Standardisierung und Plug&Play-Fähigkeit der mobilen Produktionsmodule (Abschnitte, Elemente und Technologien von Produktionslinien, Fördertechnik, Bereitstellung und so weiter) gewährleistet ist. Die Fördertechnik spielt dabei eine kritische Rolle, was sich anhand des aktuell starken Trends hin zu aAGVs (autonomous automated guided vehicles) festhalten lässt. Die Grenzen zwischen Produktion und Transport werden dabei zunehmend durch in den Transport integrierte Wertschöpfungsprozesse bis hin zu Fügeprozessen aufgelöst, sodass die aAGVs der nächsten Generation sich eher als mobile Wertschöpfungseinheiten beschreiben lassen.

Durch das Zusammenspiel dieser drei Faktoren werden die Möglichkeiten geschaffen, um das Fabriklayout flexibel an sich verändernde Produktionsprogramme anzupassen und die notwendigen Produktionsmodule ohne hohen Zeit- und Ressourcenaufwand neu zu arrangieren.

Die zunehmende Autonomie des Produktionssystems ist dabei ein entscheidender Faktor. Im Optimum reorganisiert der Produktionsauftrag autonom das Produktionslayout, synchronisiert Nachfrage und Versorgung und koordiniert interoperable und vernetzte Anlagen beziehungsweise Equipment. Die integrierte Prozesskontrolle und die automatische Anpassung von Prozessparametern sorgt für hohe Qualität und hohe Overall Equipment Effectiveness (OEE). Die bislang dominierenden und immer häufiger an ihre Grenzen stoßenden KVP (Kontinuierlicher Verbesserungsprozess) Gruppen werden dabei durch KI-Systeme abgelöst, wodurch Effizienz und Qualität deutlich stärker gesteigert werden können.

Diese Beispiele zeigen, dass heute vielfältige technologische Chancen und Potenziale bestehen, um zukunftsfähige, adaptive Produktionsprozesse in intelligenten Räumen zu gestalten. Damit die Transformation aber nicht zu einer Demonstration des technisch Machbaren wird, bedarf es einer Roadmap, die an einem klaren Business Case beziehungsweise Proof of Value ausgerichtet ist. Dieser lässt sich nur aus einer Produktionsstrategie ableiten, die darauf ausgerichtet ist, die künftigen Marktanforderungen unternehmensindividuell abzudecken.